中和緩蝕劑的性能評價及應用研究

王 磊，盛海霞

（1.中國石油大慶煉化公司研究院，黑龍江 大慶 163411；2.中國石油大慶煉化公司檢驗監測中心，黑龍江 大慶 163411）

近年來，原油劣質化加劇，加之在采油過程中添加的各種化學藥劑，導致煉油廠設備腐蝕日趨嚴重。某公司目前多個主要煉油裝置存在腐蝕現象，如常減壓裝置常壓塔頂油氣與原油換熱器頻繁出現內漏，重整裝置預分餾塔頂多次出現漏點等，嚴重影響了裝置的正常運行，因此煉油生產裝置的腐蝕必須得到有效的預防和控制。工藝防腐作為解決煉油裝置塔頂低溫系統防護措施之一，主要包括電脫鹽、注中和劑、注緩蝕劑、注水［1~3］。

中和緩蝕劑因其良好的防腐蝕效果和經濟效益，已成為應用最廣泛的工藝防腐技術之一［4］。其作用機理是利用季氨離子在金屬上的吸附能力，使緩蝕劑吸附在金屬表面形成保護膜，避免金屬與腐蝕介質接觸，從而達到保護金屬的目的［5，6］。

文中以某煉油廠加注的中和緩蝕劑和其它幾種市面上的中和緩蝕劑為例，對其溶解分散性能、中和性能、靜態和動態緩蝕性能進行評價。結合評價實驗的結果和實際使用中出現的問題，提出了現場實際生產中和緩蝕劑應用的優化建議。

1 緩蝕劑評價實驗

中和性緩蝕劑的主要成分有3種，分別起到不同的作用［7］。

（1）有機胺中和劑：主要提升酸性腐蝕環境的pH值，一定濃度緩蝕劑溶液內的有機胺的中和能力決定了整個緩蝕劑的中和性能；

（2）咪唑啉：咪唑啉為緩蝕成分，主要可以吸附在金屬表面形成保護膜，阻止腐蝕的發生［8］，因為在弱酸環境下腐蝕介質對金屬的腐蝕速度較低，緩蝕成分的作用并不突出，因此在pH值為2左右的強酸環境下，一定濃度的緩蝕劑成分決定了緩蝕劑強酸環境下的緩蝕能力；

（3）溶劑成分：緩蝕劑的溶解性能決定了緩蝕劑在使用中的效果。緩蝕劑在水中溶解分散能力差，出現乳化現象，即使其緩蝕能力和中和能力很強，也無法在實際生產中起到很好的緩蝕效果。

緩蝕劑評價的關鍵性能包括：溶解分散性能、中和性能和緩蝕性能。

對5種中和緩蝕劑開展評價工作，其中0#為現場用的緩蝕劑，1#~4#為市面上緩蝕劑，5種中和緩蝕劑的質量指標見表1。

表1 5種中和緩蝕劑基本性質

1.1 溶解分散性能

取一定濃度的5種中和緩蝕劑，在60℃的條件下，對比其在水、直餾汽油、乙醇中的溶解性，結果見表2。

表2 溶解性能實驗結果

實驗結果表明，0#緩蝕劑在水中的溶解性較差，水相出現乳化且有發泡現象。與直餾汽油混合后，緩蝕劑側出現乳化現象，乳化物影響緩蝕劑在金屬表面成膜，影響緩蝕效果。3#緩蝕劑表現最好，與油相未互相溶解無明顯乳化效果，且水相清澈透明。在現場實際應用中，應注意注入點后的分水罐排水是否出現發泡或乳化現象。

1.2 中和性能

中和性能主要提升酸性腐蝕環境的pH值，從而降低腐蝕發生。pH值對腐蝕速率影響見表3。

表3 不同pH值鹽酸對碳鋼腐蝕速率實驗結果

從實驗結果可以看出，碳鋼試片的損失隨著pH值的增大逐步減小，在pH值為2的強酸環境下腐蝕速率為0.022 2 g/h，當pH值為7時，速率僅為0.000 3 g/h，腐蝕速率減小了74倍。將pH值從2提高至3，腐蝕速率降低至0.003 0 g/h，比pH值為2的條件下減少7.4倍，由此可看出緩蝕劑的中和性能對減緩腐蝕發生的重要性。

將上述5種緩蝕劑分別用脫鹽水稀釋50倍，然后配置pH值為2的HCl溶液，向HCl溶液中分別緩慢滴加5種緩蝕劑溶液，使HCl溶液的pH值從2升至3、3升至5、5升至7，稱取緩蝕劑溶液的消耗量，計算溶液中緩蝕劑的濃度，結果見表4。

表4 中和性能實驗結果

從實驗結果可以看出，現場用的0#緩蝕劑中和性能較差，需要將緩蝕劑濃度提升至5 670×10-6才能將強酸環境改善為中性環境。2#緩蝕劑最優，將濃度提升至1 263×10-6即可達到同樣效果。

溶液pH值從2提升至3時，需要的緩蝕劑量最大，從3提升至5所需要的緩蝕劑量最小，考慮經濟性，實際應用中針對pH值為3~5的中等酸性腐蝕環境，比較適合使用中和性能較強的緩蝕劑，以減緩腐蝕現象。

1.3 靜態緩蝕率評價

分 別 將100×10-6、200×10-6、500×10-6、1 000×10-6濃度的緩蝕劑中加入腐蝕介質（pH值為2的鹽酸溶液），將已稱重的金屬試片分別掛入已加和未加緩蝕劑的腐蝕介質中，在溫度90℃的靜態條件下浸泡一定時間后取出，根據金屬試片質量的損失來計算靜態緩蝕率。緩蝕率按照Q/SHCG109-2017《原油蒸餾裝置中和緩蝕劑技術要求》計算，緩蝕率=（1-加緩蝕劑條件下試片的腐蝕失重數值（g）/空白條件下試片腐蝕失重的數值（g））×100%［9］。實驗數據見表5。

表5 緩蝕劑靜態緩蝕率實驗結果

從結果可知，0#緩蝕劑的緩蝕率在100×10-6濃度時比較突出，在200×10-6濃度緩蝕率基本達到最大，只略低于1#緩蝕劑，總體表現優秀，繼續增加濃度對緩蝕率的提升效果很小。

1.4 動態緩蝕率評價

分別將濃度為100×10-6、200×10-6的緩蝕劑加入腐蝕介質中（pH值2的鹽酸溶液），將已稱重的金屬試片分別掛入已加和未加緩蝕劑的腐蝕介質中，在溫度90℃和線速度3 m/s的動態條件下旋轉一定時間后取出，根據金屬試片質量的損失計算動態緩蝕率。

從實驗結果來看，與靜態實驗相比，在有動態擾動的情況下，所有緩蝕劑的緩蝕性均有所降低，介質的流動在一定程度上影響了緩蝕劑的成膜效果。0#緩蝕劑的緩蝕率在50%左右，總體來看表現優秀。實驗數據見表6。

表6 緩蝕劑動態緩蝕率實驗結果

2 現場應用研究

某原油2次加工裝置為控制分餾塔頂部的腐蝕問題，在塔頂注入0#緩蝕劑，該注入點緩蝕劑濃度達到3 500×10-6仍未起到緩蝕效果，緩蝕劑注入量增加至5 000×10-6濃度，才降低了腐蝕速率。在此期間pH數值從中等酸性的4.3提升至弱酸性6，通過加大緩蝕劑注入，使腐蝕介質中的中和劑濃度隨之增加，從而提升了整個腐蝕介質的pH值，達到的緩蝕效果。但由于該管線因緩蝕劑注入過多，緩蝕劑吸附大量雜質，出現了管線被堵塞的情況，針對此情況，提出3個優化方案。

2.1 優化注入點位置

0#緩蝕劑的溶解性一般，60℃時在水相和油相中均有乳化的情況出現，過量注入后，分水罐、回流罐會出現發泡現象，影響生產平穩，同時無法溶解的緩蝕成分因為本身粘度較大，會吸附各種雜質，在換熱器管束中聚集結垢，產生垢下腐蝕的風險。目前原油2次加工裝置空冷前注水噴頭為自制簡易噴頭，緩蝕劑水溶液無法均勻的分散在餾出口管線介質內。需要將注入點噴頭更換為專業大角度霧化噴頭，通過噴嘴的霧化將其變成微小的顆粒，讓緩蝕劑溶液和介質充分接觸，起到更好的緩蝕效果。

2.2 優化注入量

目前只能通過加大中和緩蝕劑的注入量來調節塔頂環境pH值，但大量注入緩蝕劑，成膜緩蝕組分的咪唑啉類物質也大量增加，該組分粘度較大易吸附雜質，造成管線內雜質增加［10］。通過上述實驗結果分析，可將緩蝕劑和中和劑分開注入，防止強酸環境腐蝕，同時為緩蝕劑在管道內壁上成膜提供合適環境。

2.3 優化注入系統

目前裝置緩蝕劑采用泵連續注入，不能及時調整緩蝕劑的加注量。建議增加緩蝕劑自動加注系統，根據pH值變化自動調節緩蝕劑加注量，將緩蝕劑的加注量控制在緩蝕效果最佳點上，達到減小腐蝕的效果。

3 結論

（1）現場所用0#緩蝕劑的動、靜態緩蝕率表現優秀，可有效控制強酸性環境下的腐蝕，對控制露點腐蝕作用明顯，但其中和能力一般，提升酸性環境pH值能力弱，適合在蒸餾裝置塔頂餾出線使用，但需配合有機胺中和劑使用才能起到更好的緩蝕效果。

（2）部分廠家的緩蝕劑濃度在200×10-6時緩蝕率基本達到最大，在現場使用中應針對使用緩蝕劑的特點進行注入，避免過量注入帶來不必要的成本增加。

（3）對于中等酸性環境的原油2次加工裝置分餾塔頂系統，建議使用中和能力較強的緩蝕劑而非緩蝕率優異的緩蝕劑，主要原因是通過注中和能力較強的緩蝕劑，調節環境pH，從而有效控制腐蝕的發生。

（4）建議采用將緩蝕劑和中和劑分開注入的方法，增加專業大角度緩蝕劑噴頭和緩蝕劑自動加注系統，科學合理的控制工藝防腐。